Nghiên cứu ảnh hưởng của gây hạn nhân tạo đến sự biến đổi hàm lượng prolin và áp suất thẩm thấu trong lá một số giống cây khoai tây
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (452.26 KB, 43 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN
-------------------------
PHẠM HỒNG CƯƠNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÂY HẠN NHÂN
TẠO ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI HÀM LƯỢNG PROLIN VÀ
ÁP SUẤT THẨM THẤU TRONG LÁ MỘT SỐ GIỐNG
CÂY KHOAI TÂY
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật
Người hướng dẫn khoa học
TS. Nguyễn Văn Đính
Hà Nội - 2011
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Hình 3.1: Hàm lượng prolin của lá một số giống khoai tây trong điều kiện
bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 30 ngày.
Hình 3.2: Hàm lượng prolin của lá một số giống khoai tây trong điều kiện
bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 45 ngày.
Hình 3.3: Sự biến đổi áp suất thẩm thấu của tế bào lá một số giống khoai
tây trong điều kiện bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 30 ngày.
Hình 3.4: Sự biến đổi áp suất thẩm thấu của tế bào lá một số giống khoai
tây trong điều kiện bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 45 ngày.
ii
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này cho phép tôi được bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc của mình đối với sự giúp đỡ quý báu của thầy Nguyễn Văn Đính
– Tiến sỹ Sinh học, người đã hướng dẫn và cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý
báu để hoàn thành khóa luận.
Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô trong Tổ
Hóa sinh, các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm, thư viện cùng những ý kiến
đóng góp của các bạn sinh viên Khoa Sinh – KTNN Trường Đại Học Sư Phạm
Hà Nội 2 đã động viên khích lệ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đề tài này.
Trong quá trình nghiên cứu khoa học chắc chắn đề tài của tôi không tránh
khỏi những thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và
bạn đọc.
Xin chân thành cảm ơn!
Xuân Hòa, ngày 05 tháng 05 năm 2011
Sinh viên
Phạm Hồng Cương
iii
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của gây hạn nhân tạo
đến sự biến đổi hàm lượng prolin và áp suất thẩm thấu trong lá một số giống cây
khoai tây” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn tận tình của
thầy Nguyễn Văn Đính. Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận tốt nghiệp là
trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Xuân Hòa, ngày 05 tháng 05 năm 2011
Tác giả
Phạm Hồng Cương
iv
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
DANH MỤC VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
ABA: axit absisic
DMSP: 3 - dimethilsulfonio propionate
ĐC: Đối chứng
P5CS: delta 1- pirroline - 5 - cacboxylate synthetase
PDH: proline Dehydrogenase
TN: Thí nghiệm
v
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1: Danh sách các giống khoai tây được nghiên cứu
Bảng 3.1: Hàm lượng prolin của lá một số giống khoai tây trong điều kiện
bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 30 ngày.
Bảng 3.2: Hàm lượng prolin của lá một số giống khoai tây trong điều kiện
bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 45 ngày.
Bảng 3.3: Sự biến đổi áp suất thẩm thấu của tế bào lá một số giống khoai
tây trong điều kiện bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 30 ngày.
Bảng 3.4: Sự biến đổi áp suất thẩm thấu của tế bào lá một số giống khoai
tây trong điều kiện bình thường và gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 45 ngày.
vi
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU .................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................. 2
3.Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................. 2
4. Ý nghĩa lý luận, thực tiễn ....................................................................... 3
PHẦN II: NỘI DUNG................................................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................... 4
1.1. Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của khoai tây ................................ 4
1.2.Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến sinh trưởng và phát triển của thực
vật nói chung và khoai tây nói riêng .......................................................... 5
1.3. Prolin và vai trò của nó đối với tính chống chịu của thực vật............... 8
1.3.1. Bản chất của prolin........................................................................... 8
1.3.2. Ảnh hưởng của prolin đến sự chống chịu của thực vật.................... 10
1.4. Áp suất thẩm thấu.............................................................................. 11
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 12
2.1. Đối tượng ......................................................................................... 12
2.2. Hóa chất và thiết bị máy móc ............................................................ 13
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 13
2.4. Xử lý số liệu thu được ....................................................................... 15
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN................... 16
3.1. Ảnh hưởng của gây hạn tới hàm lượng prolin trong lá khoai tây ở
giai đoạn 30 ngày và 45 ngày ................................................................... 16
vii
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
3.1.1. Giai đoạn đoạn 30 ngày.................................................................. 16
3.1.2. Giai đoạn 45 ngày........................................................................... 20
3.2. Ảnh hưởng của gây hạn tới áp suất thẩm thấu trong lá khoai tây ở
giai đoạn 30 ngày và 45 ngày ................................................................... 25
3.2.1. Giai đoạn 30 ngày........................................................................... 25
3.2.2. Giai đoạn 45 ngày........................................................................... 28
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................ 33
1. Kết luận................................................................................................ 33
2. Đề nghị................................................................................................. 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 34
viii
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khoai tây có tên khoa học là (Solanum tuberosum.L). Thuộc họ Cà
(Solanaceae), chi Cà (Solaum L) [5]. Khoai tây được con người biết đến khoảng
500 năm trước công nguyên có xuất xứ từ Nam Mỹ. Khoai tây có khoảng 5500
loài có khả năng cho củ [1]. Khoai tây vừa là cây lương thực, cây thực phẩm và
thức ăn gia súc có giá trị dinh dưỡng cao, vừa là nguyên liệu cho công nghiệp
chế biến và là mặt hàng xuất khẩu có giá trị kinh tế [13].
Ở Việt Nam, khoai tây là cây trồng nhập nội từ châu Âu do người Pháp
đưa vào năm 1890. Vì có khả năng cho năng suất cao, chất lượng củ tốt mà cây
khoai tây nhanh chóng được người sản xuất chấp nhận, cây khoai tây đã trở
thành cây lương thực chủ yếu của vụ Đông ở một số tỉnh như Bắc Ninh, Bắc
Giang, Vĩnh Phúc, Lào Cai … [2].
Trong củ khoai tây còn có hàng loạt các vitamin: B1, B2, B6, PP …
nhưng nhiều nhất là vitamin C. Ngoài vai trò là sản phẩm giầu chất dinh dưỡng,
khoai tây được coi là nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm và là mặt
hàng xuất khẩu của nhiều nước trên thế giới. Thân, lá khoai tây sau khi thu
hoạch là nguồn phân xanh góp phần cải tạo đất [2].
Ngày nay, khoai tây là một trong năm cây lương thực: lúa mì, lúa gạo,
mạch, ngô và nó được trồng phổ biến trên toàn thế giới.
Các vùng trồng khoai tây có năng suất cao thường tập trung ở các nước
công nghiệp phát triển. Điển hình như: Anh, Pháp, Bỉ, Hà Lan, Đan Mạch …
năng suất khoai tây đạt từ 35- 42 tấn/ha. Về sản lượng khoai tây: Trung Quốc là
nước đứng đầu thế giới về sản lượng 40 triệu tấn/năm, thứ 2 là Ba Lan 24 triệu
tấn/năm.
Ở Việt Nam, năng suất khoai tây trong những năm 1976-1991 bình quân
dưới 10 tấn/ha, dao động khoảng 10 tấn/ha trong những năm 1991-1998 và đến
11-12 tấn/ha những năm 1999-2002 [3]. Sản lượng khoai tây dao động từ
260.100 tấn 361.638 tấn trong những năm 1976-1990 và 243.348 tấn đến
1
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
382.296 tấn năm 1991-2000, tăng lên tới 400.000 tấn đến 421.036 tấn năm
2002-2003 [3].
Năng suất, sản lượng khoai tây ở Việt Nam không những còn thấp hơn
nhiều so với năng suất, sản lượng khoai tây ở các nước phát triển, mà còn thấp
hơn nhiều so với tiềm năng suất ở chính các vùng này. Nguyên nhân là vì:
không có bộ giống tốt, sạch bệnh; trình độ canh tác của người nông dân còn
thấp; nhiệt độ môi trường không phù hợp; không cung cấp đủ nước…
Hạn hán là tác nhân môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình
sinh lí trong cây đặc biệt là quá trình quang hợp, ảnh hưởng đến hàm lượng hệ
sắc tố, đến cường độ quang hợp và năng suất của nhiều loại cây trồng khác nhau
[6],[9],[10]. Khi cây trồng gặp hạn chúng thường tăng các chất phân tử lượng
nhỏ làm tăng áp suất thẩm thấu nhằm hút được lượng nước ít ỏi trong đất, đặc
biệt là prolin. Prolin là một amino acid có khả năng hòa tan mạnh trong nước,
được tích lũy bởi lá cây của nhiều loài thực vật bậc cao ưa mặn, tích lũy trong
mô lá, mô phân sinh chóp rễ của thực vật được rèn luyện trong stress nước.
Prolin được tích lũy trong hạt phấn bị làm khô, tích lũy ở vùng chóp rễ đang
sinh trưởng ở nơi thế nước thấp. Prolin còn là một trong những chất có vai trò
điều hòa áp suất thẩm thấu ở tế bào thực vật, được xem như thành phần của hệ
thống giữ gìn áp suất thẩm thấu của tế bào. Xác định hàm lượng prolin, áp suất
thẩm thấu được coi là một trong các chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn của cây
trồng như đậu, lạc v.v [4],[7],[15],[16]. Tuy nhiên, đối với cây khoai tây còn rất
ít các tài liệu nghiên cứu về hàm lượng prolin, áp suất thẩm thấu trong lá khi cây
gặp hạn.
Xuất phát từ các vấn đề lý luận và thực tiễn nêu trên, chúng tôi tiến hành
đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của gây hạn nhân tạo đến sự biến đổi hàm
lượng prolin và áp suất thẩm thấu trong lá một số giống cây khoai tây”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của gây hạn nhân tạo đối với một số chỉ tiêu sinh
lý, sinh hoá như: sự biến đổi prolin, áp suất thẩm thấu, qua đó xác định được
2
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
giống có khả năng chiu hạn nhằm phục vụ sản xuất đạt hiệu quả năng suất cao
nhất.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác định sự biến đổi hàm lượng prolin của lá cây khoai tây trong pha
gây hạn sâu và pha phục hồi.
- Xác định sự biến đổi áp suất thẩm thấu của lá cây khoai tây trong pha
gây hạn sâu và pha phục hồi.
4. Ý nghĩa lý luận, thực tiễn
* Ý nghĩa lý luận
Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần bổ sung tài liệu về đặc điểm sinh
lí, sinh hoá cây khoai tây. Đánh giá vài trò của prolin liên quan đến áp suất thẩm
thấu của tế bào thực vật khi cây thiếu nước và khả năng chịu hạn của cây.
* Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp đánh giá khả năng chịu hạn của một số
giống khoai tây từ đó chọn được các giống phù hợp với điều kiện của từng vùng
để khuyến cáo cho người sản xuất.
3
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của khoai tây
Cây khoai tây có thời gian sinh trưởng và phát triển tương đối ngắn, tùy
vào giống mà thời gian sinh trưởng từ 80 đến 115 ngày. Quá trình sinh trưởng
và phát triển của khoai tây có thể chia thành 5 thời kì cơ bản [1] [2].
Thời kì ngủ nghỉ
Quá trình ngủ nghỉ của khoai tây bắt đầu từ khi củ bước vào giai đoạn
chín sinh lí. Lúc này, thân, lá trên mặt đất có hiện tượng vàng úa tự nhiên.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng ngủ nghỉ là ở cuối thời kì chín của củ, lớp vỏ củ
hình thành tầng bần bao quanh củ gây cản trở đến khả năng hút nước, oxi vào
củ, làm quá trình biến đổi lí hoá bên trong khó thực hiện. Mặt khác, lúc này
trong củ xuất hiện chất ức chế (axit absisic) làm cho khoai tây không thể nảy
mầm. Thời kì ngủ ở khoai tây thường từ 2-4 tháng, cá biệt cũng có thể kéo dài
tới 6 tháng [2].
Thời kì nảy mầm
Trong quá trình ngủ, thực chất vẫn có quá trình biến đổi sinh lí, sinh hoá
trong củ. Hàm lượng giberellin tăng cao vào cuối thời kì ngủ nghỉ làm giảm
nồng độ chất ức chế, phá vỡ tầng bần thúc đẩy quá trình mọc mầm. Sự tổn
thương ở củ cũng thúc đẩy sự tổng hợp giberellin dẫn đến củ nảy mầm sớm. Khi
sự ngủ nghỉ phá vỡ, mầm đỉnh của củ mọc trước, sinh trưởng tốt nhất. Khi mầm
đỉnh mọc sẽ ức chế các mầm khác, vì thế các mầm khác ở trạng thái ngủ. Chỉ
khi nào mầm đỉnh bị gãy hoặc cắt bỏ các mầm khác mới phát triển. Giai đoạn
thích hợp nhất để trồng là khi củ có nhiều mầm, mầm có sức sống cao. Số lượng
mầm/củ phụ thuộc vào đặc điểm giống, kích thước củ, số mầm khỏe/củ (số mắt
có khả năng nảy mầm) và điều kiện môi trường [1].
Thời kì sinh trưởng thân, lá
Sau khi trồng, các mầm phát triển thành các thân. Thân chính mọc trực
tiếp từ củ giống, thân phụ mọc trực tiếp từ thân chính. Thân chính và thân phụ
4
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
sinh trưởng và phát triển như những cây độc lập (có thể ra rễ, tia củ, phát triển
củ). Nhiệt độ thích hợp để phát triển thân, lá là 20-25oC [1].
Thời kì hình thành thân ngầm (tia củ)
Tia củ được hình thành sau khi trồng khoảng 30-40 ngày. Tia củ có màu
trắng, phát triển nhanh, nằm ngang dưới mặt đất, có đốt là vết tích của gốc
cuống lá. Phần đầu tia củ có khả năng tăng trưởng nhanh về số lượng và kích
thước tế bào.
Thời kì phát triển củ, ra hoa, tạo quả và quả chín
Củ được hình thành từ tia củ. Trước tiên, các tế bào đỉnh sinh trưởng của
thân ngầm phân chia mạnh, lớn lên tích luỹ chất dinh dưỡng (đặc biệt là tinh
bột). Kết quả củ lớn nhanh, cuối thời kì sinh trưởng vỏ củ sần sùi. Củ tăng
trưởng nhanh nếu thỏa mãn điều kiện: nhiệt độ thích hợp (16 – 170C), ẩm độ đất
(70 – 80%), thời gian chiếu sáng ngắn và cung cấp đầy đủ dinh dưỡng.
Cùng với sự phát triển của củ thì các cụm hoa hình thành. Ở một số giống,
nụ hoa có thể rụng nhiều, vì vậy cây không có hoa và quả. Một số giống khác nụ
hoa phát triển thành hoa lưỡng tính. Sau khi thụ phấn, thụ tinh quả lớn dần và
chuyển sang thời kì quả và hạt chín.
1.2. Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến sinh trưởng và phát triển của thực
vật nói chung và khoai tây nói riêng
Nước là nhân tố quan trọng bậc nhất đối với tất cả các sinh vật sống trên
Trái Đất. Trong cơ thể thực vật nước chiếm từ 60-90% khối lượng tươi. Cây
sinh trưởng mạnh khi tế bào bão hòa nước. Sự thiếu bão hòa nước ở trong cây
dẫn đến làm giảm một loạt chức năng sinh lý quan trọng như hô hấp, quang hợp
do đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây. Vai trò của nước thể hiện ở các
mặt sau:
Nước là một dung môi: Nước có khả năng hoà tan các hợp chất hữu cơ,
vô cơ trong tế bào và hầu hết các phản ứng sinh hoá trong tế bào đều diễn ra
trong môi trường nước [14].
5
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
Nước đảm bảo sự thống nhất trong cơ thể thực vật: Các chất hoà tan
trong nước được dẫn truyền từ nơi này đến nơi khác. Thực vật có thể lấy chất
khoáng hoà tan trong nước từ đất qua rễ vận chuyển đến cơ quan đồng hoá và
các chất hữu cơ mới được tổng hợp được đưa đến các cơ quan bộ phận khác
nhau của cơ thể cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc hoặc dự trữ [14].
Nước là một chất phản ứng: Nước trực tiếp tham gia vào quá trình trao
đổi chất, nó tham gia tích cực vào các phản ứng sinh học quan trọng với vai trò
là một nguyên liệu phản ứng. Chẳng hạn, trong quang hợp, nước cung cấp
proton H+ để khử NADP+ thành NADPH qua phản ứng quang phân li nước.
Nước cũng hoạt động như một chất có nhóm hiđroxil trong một số phản ứng
hiđroxil hoá. Trong hô hấp, nước đóng vai trò như một chất phản ứng [14].
Nước có vai trò hiđrat hoá: Nước được hấp thụ trên bề mặt hạt keo
(prôtein, axit nucleic) và trên bề mặt màng tế bào (màng sinh chất, màng bao
quan, màng không bào) tạo thành lớp nước mỏng có vai trò như một tầng bảo
vệ, chống lại tác động bất lợi của môi trường, duy trì nguyên vẹn cấu trúc tế bào
[14].
Ngoài những vai trò trên nước còn góp phần đảm bảo sự liên hệ giữa cơ
thể và môi trường. Nhờ có nước cây hút được các chất khoáng trong đất, lá hút
được khí cabonic cũng cần có nước. Nước cũng là nhân tố điều hoà và ổn định
nhiệt độ của lá cây [14].
Thực vật sẽ như thế nào nếu bị thiếu nước ?
Hạn hán: Theo nhiều tác giả, hạn hán được coi là một thiên tai đối với
sản xuất nông nghiệp bởi nó gây ra sự thoát hơi nước mặt lá và bốc hơi mặt đất
rất mạnh, làm phá vỡ cân bằng nước trong cây, ảnh hưởng nghiêm trọng đến
sinh trưởng, phát triển của cây trồng. Hạn gồm 2 loại hạn là hạn trong đất và hạn
trong không khí.
Hạn trong đất gây ra sự mất cân đối giữa lượng nước cây cần với lượng
nước được cung cấp từ đất dẫn đến cây héo, năng suất cây trồng bị giảm sút
6
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
hoặc cây có thể chết. Hạn đất hình thành do thời tiết khô, nóng kéo dài, lượng
mưa nhỏ.
Hạn trong không khí xảy ra khi độ ẩm không khí quá thấp, nhiệt độ cao
hoặc gió mạnh. Hạn không khí làm cho các bộ phận trên mặt đất của cây thoát
hơi nước nhiều, bộ rễ không kịp hút nước cung cấp cho quá trình bốc hơi mặt lá,
dẫn đến cây bị khô héo mặc dù đất vẫn đủ ẩm.
Theo viện sỹ Macximop, hạn hán dẫu chỉ có tính nhất thời cũng không
phải đi qua mà không để lại dấu vết gì gây hại cho cây. Hạn hán có thể để lại
hậu quả chính làm cho cây bị đốt nóng hoặc hụt nước. Khi bị hạn sâu lá cây
thường bị cháy xém và chết khô từng đốm lá trước khi bị héo từng phần hoặc
toàn bộ cây. Ở mức độ nhẹ, hạn hán có thể làm giảm hoặc ngừng hẳn sinh
trưởng của cây.
Hạn nước trước tiên làm cho cây thay đổi về hình thái: Khi gặp hạn các
mô mất sức căng, cây bị héo. Trong tế bào; giảm lượng nước tự do, tăng nồng
độ dịch bào, thay đổi tính thấm của màng tế bào, khả năng hút chất khoáng của
tế bào rễ bị giảm sút, hoạt động của enzim thuỷ phân tăng mạnh, sự tổng hợp
ADN bị ngừng trệ và tăng sự phân giải axit nucleic. Khi gặp hạn các phản ứng
phân giải, trong tế bào xảy ra trong điều kiện thiếu ôxi do lỗ khí đóng dẫn đến
hình thành nhiều sản phẩm độc như: axitlactic, etanol, axetalđehyt,
amoniac…[11].
Hoạt động đồng hoá bị ảnh hưởng rõ nét khi cây bị thiếu nước: Khi bị
hạn, sự hút các chất khoáng ở rễ trở nên khó khăn. Ở rễ tăng cường sự tổng hợp
axit absisic. Đây là nguyên nhân dẫn đến sự đóng lỗ khí, do đó làm giảm lượng
CO2 xâm nhập vào lá, khiến hoạt động quang hợp giảm sút. Hơn nữa, hạn còn
làm giảm phản ứng cố định CO2, làm giảm sự vận chuyển các sản phẩm quang
hợp từ lá đến các bộ phận khác của cây, giảm việc gắn cacbon vào các hợp chất
protein [11].
7
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
Đối với quá trình hô hấp, tác hại của hạn hán cũng trầm trọng: Khi
thiếu nước cường độ hô hấp tăng lên một cách bất lợi, hiệu quả năng lượng bị
giảm sút (nhiệt thoát ra nhiều, ATP được tạo ra ít) [11].
Như vậy, chỉ cần giảm chút ít hàm lượng nước trong tế bào đã có thể gây
ra sự kìm hãm đáng kể những chức năng quan trọng như quang hợp, hô hấp…
do đó ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng.
Đối với khoai tây nhu cầu nước thay đổi tuỳ theo điều kiện khí hậu, kĩ
thuật trồng trọt, thời gian sinh trưởng. Trong suốt thời gian sinh trưởng, cây
khoai tây cần rất nhiều nước. Theo tính toán cho thấy: 1 ha khoai tây cần khoảng
2800-2900 m3 nước để đạt năng suất củ từ 19-33 tấn/ha, để tạo ra 100 kg củ cần
từ 12-15 m3 nước [13]. Thời kì trồng đến xuất hiện tia củ cần đảm bảo độ ẩm tối
thiểu 60-80% sức chứa ẩm của đồng ruộng. Thời kì hình thành và phát triển của
củ cần thường xuyên giữ ẩm độ đất 80%. Thiếu hay thừa nước đều ảnh hưởng
đến sinh trưởng và phát triển của cây. Nếu thiếu nước ở thời kì phát triển thì
năng suất giảm rõ rệt [11].
Như vậy, nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với đời sống của cây
trồng nói chung, khoai tây nói riêng. Do đó, trong trồng trọt cần chú ý cung cấp
đầy đủ nước cho cây, đặc biệt là thời kì khủng hoảng về nước, tạo điều kiện cho
cây sinh trưởng phát triển tốt, nâng cao năng suất chất lượng cây trồng. Trong
điều kiện ngày nay, đất đai càng trở nên bạc màu, hoang hoá, hạn hán xảy ra
thường xuyên. Để mở rộng diện tích khoai tây con người đang tập trung chú ý
tìm ra những giống có khả năng chịu hạn tốt, đó là những cây trong quá trình
sống thích nghi dần với điều kiện khô hạn do những đặc tính tốt được hình thành
dưới tác động của điều kiện môi trường và được trải qua chọn lọc.
Trong điều kiện gieo trồng khác nhau, đối với các giống khác nhau và
ngay ở cả thời kì sinh trưởng khác nhau thì cây cũng phản ứng khác nhau với
yếu tố nước. Đối với cây khoai tây, giai đoạn hình thành tia củ và giai đoạn phát
triển củ là 2 giai đoạn rất khủng hoảng về nước và cũng là thời điểm quyết định
đến năng suất cây trồng. Do đó thông qua việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của hạn
8
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
hán tới hàm lượng prolin, áp suất thẩm thấu trong các giai đoạn (30 ngày và 45
ngày), giúp chúng ta hiểu rõ hơn phản ứng của cây với sự thiếu nước.
1.3. Prolin và vai trò của nó đối với tính chống chịu của thực vật
1.3.1.Bản chất của prolin
Prolin hay - pirolidin cacboxilic có công thức cấu tạo như sau:
COO-
C
H2 N
H
CH2
CH2
CH2
Trong phân tử prolin chứa vòng pirolidin được tạo thành do sự kết hợp
của nhóm amin bậc 1 với mạch bên, do đó prolin là một axit amin chứa nhóm
amin bậc 2. Vì vậy, prolin được coi là amino axit [16].
Tỉ lệ prolin trong cây được điều khiển bởi enzim tổng hợp P5CS (delta 1pirroline - 5 - cacboxylate synthetase) và enzim phân giải PDH (proline
Dehydrogenase) [18]. Prolin được tổng hợp từ glutamin. Quá trình này được
kích thích bởi ABA và điều kiện hạn. Ngược lại, hoạt động của enzim phân giải
PDH bị ngăn chặn bởi ABA và stress thiếu nước [16]. Hiện nay, con đường tổng
hợp sinh học prolin đã được mô tả khá đầy đủ, nhưng sự phân giải prolin mới
chỉ được hiểu biết rất ít [15].
Prolin là thành phần quan trọng chủ yếu trong cấu trúc của nhóm phân tử
được biết đến như một tác nhân gây tăng áp suất thẩm thấu thuộc nhóm các axit
amin tự do (chiếm trên 80%). Ngoài ra, còn có nhóm các hợp chất amon bậc 4
(glycinebetain, prolinbetain, - alaninbetain và choline - oxi - sulfate) và nhóm
hợp chất 3 - dimethilsulfonio propionate (DMSP) cũng là nhóm có khả năng tạo
áp suất thẩm thấu cao [17]. Nhóm hợp chất amin bậc 4 và DMSP đều là dẫn
xuất của các tiền chất là axit amin.
9
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
Các hợp chất trên có cùng một tính chất là không tích điện ở pH trung
tính và có khả năng hoà tan tốt trong nước. Hơn nữa, khi ở nồng độ cao, chúng
rất ít và không ảnh hưởng làm rối loạn sự tương tác giữa các đại phân tử hoà tan
[17]. Không giống như các chất hoà tan gây sự biến đổi pH, những chất này xâm
nhập vào lớp vỏ hiđrat của các protein hình cầu và làm ổn định cấu trúc hình
cuộn gấp của protein. Các hợp chất này được xem là có vai trò then chốt trong tế
bào thực vật để trả lời các stress thẩm thấu và prolin cũng có chức năng như là
protein thẩm thấu, ưa nước và như một gốc hiđroxyl.
1.3.2. Ảnh hưởng của prolin đến sự chống chịu của thực vật
Khả năng chịu hạn của cây trồng là khả năng cây trồng vượt qua stress về
thiếu nước mà ít hoặc không để lại hậu quả xấu do chất nguyên sinh bị mất
nước. Những cây có khả năng chịu hạn thường có khả năng giữ nước cao (theo
Ghenken) và khả năng hút nước tốt (Kushnirenco) [9]. Ở một giới hạn của sự
thiếu nước, khả năng giữ nước tăng lên do tăng hàm lượng các chất có tính thẩm
thấu cao, sự thủy hoá keo, thay đổi tính thấm của màng. Trong các công trình
nghiên cứu tìm hiểu về cơ chế chịu hạn có nhiều công trình bàn đến vai trò của
prolin đối với khả năng chịu hạn của thực vật [15] [16] [18].
Khi nghiên cứu về chức năng sinh học của prolin trong biểu hiện hình thái
và chống chịu áp lực thẩm thấu, Nanjo và cộng sự [19] đã phát hiện: những cây
bị biến đổi về hình dạng (có sự bất bình thường về biểu bì, tế bào mô mềm và hệ
mạch) có hàm lượng P5CS thấp rất mẫn cảm với áp lực thẩm thấu. Nhưng
những biến đổi kiểu hình đó có thể ức chế bằng sự tăng cường prolin ngoại bào.
Theo Wyn Jones (1977) [15] những hợp chất được coi là tác nhân cạnh
tranh thẩm thấu, trong đó đáng kể nhất là prolin, được xem như đóng vai trò chỉ
đạo trong việc thích ứng thẩm thấu tế bào chất của thực vật, nhằm phản ứng lại
áp lực thẩm thấu. Khi bị tác động của áp suất thẩm thấu thì sự tích luỹ của prolin
có thể tăng từ 10-100 lần.
Kết quả nhiều nghiên cứu khác cũng cho thấy sự tích luỹ prolin là một
phản ứng thông thường của thực vật sống ở nơi có nồng độ muối cao (Stewart
10
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
và Lee 1974, Treichel 1975, Briens và Larher 1982), trong mô lá, mô phân sinh
chồi của thực vật chịu áp lực nước (Barnet và Naylor 1996, Bogges 1976) và
trong vùng đỉnh của thực vật sống ở nơi có thế năng nước thấp (Voetberg và
Sharp 1991) [15].
Theo một cách thức khác, những nghiên cứu ứng dụng công nghệ gen với
tính chống chịu các điều kiện bất lợi về nước đang tập trung vào nhóm gen
thuộc chu trình tổng hợp prolin. Các gen này mã hoá tổng hợp enzim P5CS
(enzim tham gia vào quá trình tổng hợp prolin) đã được Kishor [16] chuyển
thành công vào thuốc lá và nhận thấy kết quả tốt lượng prolin tăng từ 8-10 lần so
với với cây đối chứng.
1.4. Áp suất thẩm thấu
Lực gây ra sự chuyển dịch của dung môi vào dung dịch qua màng gọi là
áp suất thẩm thấu.
Theo Van-Hôp áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ phân tử, nhiệt độ
sự phân li của dung dịch và có thể tính theo công thức [14]:
P = iCRT
R: Hằng số khí = 0,0821
T: Nhiệt độ tuyệt đối (t oC + 273)
C: Nồng độ chất tan trong dung dịch
i = 1+ (n-1), : hệ số phân li, n: số ion mà phân tử phân li
Đối với những chất không điện phân thì i = 1. Đại lượng P là một đại
lượng biến đổi. Những nhóm cây sinh thái khác nhau thì có P khác nhau. Cây
mọc ở đất khô cằn thì có P lớn. P còn thay đổi theo thời gian và có nhịp điệu
ngày [14]. Xác định áp suất thẩm thấu có ý nghĩa to lớn trong các nghiên cứu
ảnh hưởng của môi trường đến cơ thể thực vật. Nghiên cứu ảnh hưởng của gây
hạn đến sự biến đổi áp suất thẩm thấu cho phép ta đánh giá được khả năng hút
nước và giữ nước của cây.
11
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng
Đề tài này chúng tôi đã sử dụng 5 giống khoai tây gồm: Diamant, Espirit,
Atlantic, Solara, KT3 do trung tâm nghiên cứu cây có củ Viện khoa học Nông
nghiệp Việt Nam cung cấp.
Bảng 1: Danh sách các giống khoai tây được nghiên cứu
Tên
giống
Đặc điểm
Nguồn gốc
- Thân đứng; lá rộng,mềm xếp gần nhau, màu
Atlantic
xanh, bản lá rộng; hoa nhiều màu trắng.
Mỹ
- Củ ovan tròn, vỏ màu sáng, ruột trắng, mắt củ
không sâu, mầm củ màu tía
- Thân cao, thẳng đứng; lá rộng màu xanh đậm.
Diamant
- Củ hình ovan; vỏ màu vàng nhẵn; thịt củ màu
Hà Lan
vàng, mắt củ nông; mầm củ hình trụ dài, màu đỏ
tím.
- Thân cao, đứng, nhiều nhánh cấp 2; lá xanh
Esprit
rộng.
Đức
- Củ hình tròn hoặc ovan, vỏ màu hơi đỏ, mắt
nông, mầm củ màu đỏ tím.
- Thân cao trung bình, hơi nghiêng; lá bản rộng.
Solara
- Củ hình tròn hoặc ovan, vỏ màu vàng, mắt sâu
Hà Lan
trung bình; mầm lớn, màu xanh tím.
- Thân cao, đứng; lá xanh rộng
KT3
- Củ tròn, vỏ màu vàng nhạt, ruột màu vàng nhạt,
mắt sâu màu hồng, củ to đều.
12
Việt Nam và
CIP
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
2.2. Hóa chất và thiết bị máy móc
- Hoá chất: NaCl, nước cất, axit axetic, ninhydrin, axit Sulfosalicylic,
toluen, xanh metilen, cồn 96o.
- Thiết bị máy móc: Chậu trồng cây, cân điện sartorius, máy quay li tâm,
tủ lạnh, bếp điện, cối, chày sứ, máy đo mật độ quang học UV – Visible –
Spectrophotometer - 2450 do hãng SHIMADZU (Nhật Bản) sản xuất.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
* Bố trí thí nghiệm:
Khoai tây được trồng trong các chậu có đường kính 40 cm, chiều cao 50
cm. Mỗi giống được trồng 10 chậu. Mỗi chậu trồng 2 củ cách đều nhau. Từ 10
chậu, mỗi giống chia làm 2 lô: lô thí nghiệm và lô đối chứng. Lô thí nghiệm
gồm 6 chậu: 3 chậu làm thí nghiệm gây hạn ở giai đoạn 30 ngày, 3 chậu dùng
làm thí nghiệm gây hạn ở giai đoạn 45 ngày. Lô đối chứng gồm 4 chậu dùng làm
đối chứng. Trong thời gian gây hạn, lô đối chứng vẫn được tưới nước đầy đủ,
còn lô thí nghiệm ngừng tưới nước. Chúng tôi lấy mẫu 5 lần bắt đầu từ khi gây
hạn cho đến khi cây có biểu hiện héo gọi là pha gây hạn sâu (thời gian gây hạn
cho đến khi lá cuối cùng trên cây có hiện tượng héo trong thí nghiệm của chúng
tôi là 8 ngày) để xác định hàm lượng prolin, áp suất thẩm thấu của tế bào. Cuối
pha hạn sâu chúng tôi tiến hành tưới nước trở lại và tiếp tục xác định hàm lượng
prolin, áp suất thẩm thấu gồm 5 lần (từ lần thứ 6 đến lần thứ 10) gọi là pha phục
hồi.
* Phương pháp nghiên cứu các chỉ tiêu
Hàm lượng prolin trong lá khoai tây được xác định theo phương pháp
của Đinh Thị Phòng (2001) [12]. Bao gồm các bước sau:
- Cân 0,5 gam mẫu, nghiền mẫu bằng cối và chày sứ.
- Thêm 10ml dung dịch axit sunfosalicylic 3% (w/v).
- Lấy dung dịch hỗn hợp trên cho vào ống nghiệm và li tâm 7000 vòng/
phút, trong thời gian 20 phút. Sau đó thu lấy dung dịch nổi.
13
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
- Lấy 2ml dịch chiết cho vào ống nghiệm, thêm 2ml dung dịch axit axetic
và 2ml dung dịch ninhyđrin-axit (1,25gam ninhyđrin và 30ml axit axetic), ủ
trong nước nóng 100 oC trong 1 giờ, sau đó để ở nhiệt độ phòng rồi ủ đá 5 phút
- Bổ sung vào ống nghiệm phản ứng 4ml dung dịch toluen lắc đều, lấy
phần dung dịch nổi có màu hồng ở trên đem đo mật độ quang học (OD) ở bước
sóng = 520 nm.
- Xây dựng đường chuẩn prolin: Pha dãy dung dịch prolin chuẩn ở các
nồng độ (mg/ml): 0,01 - 0,03 - 0,07 - 0,1 - 0,2 - 0,3, đo OD tương ứng, lập
đường bằng phần mềm Excel.
Hàm lượng prolin được tính theo công thức:
Y= 1,4083X + 0,014
Trong đó:
Y: Hàm lượng prolin (mg/ml)
X: Giá trị OD đo ở bước sóng = 520 nm
Hệ số tương quan R= 0,998
Hàm lượng prolin =
y2
(mg/g)
g
Xác định áp suất thẩm thấu của tế bào theo phương pháp của
Sacdacop:
- Xếp hai dãy ống nghiệm song song với nhau
- Dùng pipet cho dung dịch NaCl vào ống nghiệm theo công thức sau:
Cứ hai ống nghiệm đối xứng nhau cho vào 5ml dung dịch theo thứ tự
nồng độ tăng dần: 0,14; 0,21; 0,28; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7. (đơn
vị mol/ml)
- Dùng kéo cắt các mảnh lá bằng nhau (độ già của mô tương đối như
nhau) rồi cho vào dãy ống nghiệm thứ nhất. Dãy thứ 2 không cho lá vào, làm đối
chứng.
- Ngâm lá trong 15 phút để thực hiện quá trình trao đổi nước và dung
dịch. Sau đó, nhuộm màu dung dịch bằng 2 giọt xanh metilen.
- So sánh sự thay đổi tỷ trọng của dung dịch ngâm lá với dung dịch đối
chứng theo nồng độ từng cặp tương ứng bằng cách dùng pipet lấy giọt dung dịch
14
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
màu ngâm lá, cẩn thận cho sâu vào giữa ống nghiệm đối chứng rồi thả nhẹ
nhàng 1 giọt dung dịch vào lòng dung dịch đối chứng.
- Quan sát sự di chuyển của giọt dung dịch màu trong ống nghiệm tìm
nồng độ mà giọt màu lơ lửng đó chính là nồng độ đẳng trương.
Thay nồng độ đó vào công thức P = RTCi để tìm áp suất thẩm thấu của tế
bào (đơn vị atm).
2.4. Xử lý số liệu thu được
Kết quả thực nghiệm được tổng hợp và xử lý bằng phần mềm Excel theo
các tham số: Trung bình số học, độ lệch chuẩn, sai số trung bình, hệ số biến
động, tiêu chuẩn độ tin của hiệu.
Tiến hành tính những giá trị trên theo công thức:
n
X
i 1
X
m
n
n
;
i
;
=
m%
X
X
i
X
n 1
;
m
d
2
; CV
100
X
m12 m22 ; d X DC X TN ; td
d
md
Trong đó: X : Giá trị trung bình các lần thí nghiêm; n: Số lần nhắc lại; m:
Sai số trung bình; m1: Sai số trung bình lô đối chứng; m2: Sai số trung bình lô thí
nghiệm; m%: Sai số tương đối của trung bình mẫu; CV: Hệ số biến động; : Độ
lệch chuẩn; md: Sai số của hiệu các trung bình; td: Tiêu chuẩn độ tin của hiệu.
15
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Phạm Hồng Cương – K33B Sinh
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của gây hạn tới hàm lượng prolin trong lá khoai tây ở giai
đoạn 30 ngày và 45 ngày.
3.1.1. Giai đoạn đoạn 30 ngày
Kết quả xác định hàm lượng prolin được trình bày ở bảng 3.1 và hình 3.1
(a, b, c, d, e).
Phân tích sự biến đổi hàm lượng prolin ở bảng 3.1 và hình 3.1 cho thấy
* Lô đối chứng:
Hàm lượng prolin trong 10 lần đo liên tiếp không ổn định, dao động trong
khoảng (0,45-0,65mg/g).
* Lô thí nghiệm
- Hàm lượng prolin trong lần đo thứ 1, 2 (pha gây hạn), lần đo thứ 9, 10
(pha phục hồi) của các giống không có sự sai khác nhiều giữa lô thí nghiệm và
lô đối chứng.
- Hàm lượng prolin lô thí nghiệm tăng cao hơn hẳn so với lô đối chứng ở
các lần đo thứ 3, 4, 5 (pha gây hạn), lần đo 6, 7, 8 (pha phục hồi). Hàm lượng
prolin của các giống tăng cao nhất ở lần đo thứ 5 (Diamant, Solara, Esprit, KT3)
hoặc ở lần đo thứ 4 (Atlantic).
- Pha gây hạn, hàm lượng prolin ở 5 giống nghiên cứu đều tăng còn ở pha
phục hồi thì đều giảm.
- Giống có sự chênh lệch hàm lượng prolin giữa lô thí nghiệm và đối
chứng càng lớn thì giống đó có khả năng chịu hạn tốt. Trong 5 giống nghiên cứu
thì giống (Diamant, Solara, Esprit, KT3) có khả năng chịu hạn tốt hơn giống
(Atlantic). Riêng giống Atlantic có hàm lượng prolin tăng cao ở lần đo thứ 4 sau
đó giảm ở lần đo thứ 5. Đây là đặc điểm bất lợi đối với tính chống chịu của thực
vật.
16
Bảng
3.1.
Hàm
lượng
prolin
lá một
số giống
tây điều
trongkiện
điều
kiện
Bảng
3.1.
Hàm
lượng
prolin
của của
lá một
số giống
khoaikhoai
tây trong
bình
bình
thường
nhân
giai đoạn
30 (mg/g)
ngày (mg/g).
thường
và và
gâygây
hạnhạn
nhân
tạo ởtạo
giaiở đoạn
30 ngày
Pha lấy mẫu
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ĐC
0,47 0,03
0,48 0,02
0,52 0,01
0,57 0,06
0,51 0,04
0,58 0,02
0,48 0,03
0,51 0,07
0,55 0,02
0,46 0,05
TN
0,46 0,03
0,47 0,04
0,64 0,02
0,83 0,06
0,91 0,08
0,87 0,05
0,69 0,07
0,60 0,05
0,56 0,03
0,48 0,03
100,3
98,6
123,4
145,3
178,6
150,0
145,3
117,6
101,8
104,3
ĐC
0,54 0,02
0,58 0,01
0,56 0,03
0,52 0,05
0,61 0,07
0,63 0,06
0,53 0,07
0,52 0,05
0,64 0,03
0,55 0,04
TN
0,56 0,03
0,59 0,03
0,68 0,04
0,78 0,06
0,99 0,03
0,97 0,05
0,71 0,03
0,62 0,04
0,66 0,02
0,58 0,04
103,5
100,9
121,8
149,1
162,1
154,3
134,6
118,9
103,2
104,7
ĐC
0,49 0,02
0,48 0,01
0,46 0,03
0,53 0,01
0,57 0,03
0,62 0,03
0,56 0,07
0,53 0,05
0,61 0,04
0,67 0,02
TN
0,52 0,03
0,47 0,05
0,55 0,02
0,83 0,03
0,97 0,05
0,84 0,07
0,77 0,05
0,64 0,05
0,69 0,03
0,70 0,02
106,1
98,7
119,8
157,3
170,7
135,7
137,5
120,2
113,1
104,4
ĐC
0,56 0,03
0,63 0,02
0,61 0,01
0,64 0,02
0,60 0,08
0,62 0,06
0,63 0,04
0,53 0,02
0,57 0,02
0,58 0,01
TN
0,55 0,03
0,63 0,02
0,73 0,03
0,86 0,06
0,79 0,03
0,80 0,08
0,78 0,07
0,63 0,06
0,69 0,03
0,61 0,01
99,8
100
118,9
134,6
131,6
129,0
123,8
118,7
121,5
104,6
ĐC
0,57 0,02
0,61 0,03
0,63 0,05
0,62 0,05
0,65 0,04
0,66 0,06
0,64 0,05
0,56 0,03
0,58 0,04
0,57 0,02
TN
0,57 0,03
0,63 0,02
0,77 0,04
0,83 0,05
1,08 0,06
0,94 0,05
0,78 0,07
0,61 0,05
0,60 0,04
0,58 0,01
100
103,5
121,7
134,5
166,7
143,2
121,4
109,6
103,6
102,4
%so
ĐC
Solara
%so
ĐC
Esprit
%so
ĐC
Atllantic
%so
ĐC
KT3
Pha phục hồi
1
Các lần lấy mẫu
Diamant
Pha gây hạn sâu
%so
ĐC
Ghi chú: TN (thí nghiệm), ĐC (đối chứng), các số liệu in đậm là các sai khác có ý nghĩa thống kê so với đối chứng với độ tin cậy 95%.
